一种发动机低循环寿命控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空发动机可靠性设计技术领域，具体涉及一种发动机低循环寿命控 制方法。
【背景技术】
[0002] 目前，国产发动机一般采用限制总工作时间的方法进行寿命控制，即规定发动机 的工作时间不超过一定小时数，工作达到规定的小时数后进行一个寿命期的修理；一种发 动机在使用初期也采用这种方法进行寿命控制，用于保障其寿命期内安全可靠地工作；随 着发动机后续使用工况的改变，发动机低循环使用载荷急剧增加，导致低循环疲劳寿命不 能满足发动机可靠性要求；为了保障发动机工作的可靠性，急需一种低循环疲劳寿命的控 制方法，以实现对发动机的低循环寿命的有效控制。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的缺点，本发明提出一种发动机低循环寿命控制方法，以达到保障 发动机在寿命期内安全可靠的目的。
[0004] 一种发动机低循环寿命控制方法，方法包括以下步骤：
[0005] 步骤1、对被测发动机寿命薄弱的部件进行低循环疲劳破坏实验，确定发动机的低 循环使用寿命，即获得发动机的标准低循环次数总数；
[0006] 步骤2、根据被测发动机的型号，确定该发动机不同转速载荷状态的各转速区间低 循环谱；
[0007] 步骤3、采用软件获得被测发动机各转速区间低循环谱的模拟疲劳寿命次数，并将 步骤1获得的发动机的标准低循环次数总数除以被测发动机各转速区间低循环谱的模拟 疲劳寿命次数，获得各转速区间低循环谱与标准低循环次数的换算系数；
[0008] 步骤4、统计发动机每天实际飞行的各转速区间低循环谱的实际次数，将每天的各 转速区间低循环谱的实际次数与对应的换算系数相乘并求和，获得发动机每天的标准低循 环次数；
[0009] 步骤5、将发动机各天的标准低循环次数进行累加，当累加次数达到被测发动机的 标准低循环次数总数时，则该发动机达到安全使用寿命，需要进行维修或更换。
[0010] 步骤1所述的破坏实验，当对多个同样的发动机部件进行实验时，将获得的各发 动机的标准低循环次数求平均数，并除以寿命散度系数，获得最终的发动机的标准低循环 次数总数，所述的部件个数为1?3个。
[0011] 本发明优点：
[0012] 本发明一种发动机低循环寿命控制方法，是将发动机的工作转速区间按特殊方法 进行分类，对发动机实际使用的转速，应用该分类方法得到几种典型的发动机低循环谱；再 将低循环谱按计算方法换算到标准低循环次数，要求工作累计的标准低循环次数不超过设 计指标；本发明能够有效地对发动机低循环疲劳寿命进行监控，对保障发动机在寿命期内 安全可靠地工作具有重要意义，该控制方法在实际应用中具有广泛的适应性，能够在各型 发动机上进行应用，实现良好的技术效益和经济效益；
[0013] 本发明应用于两种发动机上，控制方法合理有效，经过试验多台发动机的长年使 用，未出现低循环疲劳破坏故障，达到预期效果，对保障发动机在寿命期内安全可靠地工作 具有重要意义。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明一种实施例的发动机低循环寿命控制方法流程图；
[0015] 图2是本发明一种实施例的有限元应力分析模型示意图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
[0017] 本发明实施例中发动机低循环寿命控制方法，方法流程图如图1所示，方法包括 以下步骤：
[0018] 步骤1、对被测发动机寿命薄弱的部件进行低循环疲劳破坏实验，确定发动机的低 循环使用寿命，即获得发动机的标准低循环次数总数；
[0019] 发动机设计生产时，存在一些寿命薄弱的零部件，以寿命薄弱零部件允许的标准 低循环次数作为发动机整机的标准低循环次数，能够保证发动机的低循环寿命在安全范围 内。
[0020] 本发明实施例中，以发动机的寿命最薄弱的零部件转子盘为例进行说明：
[0021] 设计时按照发动机的理想状态使用载荷、温度场分布对转子盘进行了应力分析、 温度载荷和低循环寿命分析，用ANSYS软件建立应力分析模型如图2所示，根据转子盘的工 作转速、温度和循环状态载荷等转子盘的工况，进行应力计算分析，结果表明：对于转子盘 的辐板和轮毂部分，周向应力最大点位于盘心附近；径向应力最大点位于封严臂齿根部附 近，最大径向应力发生在最大状态瞬态过程的盘体径向温差最大时刻。
[0022] 通过上述理论分析，进行转子盘的低循环疲劳破坏试验进行验证，并确定实际的 标准低循环次数：
[0023] 所述的转子盘可以选取1?3个新的进行试验，也可以选用已经工作过的转子盘 进行破坏试验；本发明实施例中选用了 3个在实际工作了 hi小时、h2小时和h3小时的转 子盘在旋转试验器上进行模拟试验，试验参数按照发动机的最高工作转速、最低转速以及 温度场，确定了峰值转速、谷值转速、轮毂内孔边温度，轮缘榫槽底温度等，按照从谷值转速 升速到峰值转速的工作模式进行试验。因为此时试验选取的加载荷参数为设计的标准低循 环参数，因此试验结果代表了零件能够承受的标准低循环载荷；试验结果验证了转子盘试 验件在封严篦齿根部均试验至出现裂纹，即发生了零件破坏，此时3个转子盘达到破坏的 有效标准低循环次数分别为Z1次、Z2次、Z3次。
[0024] 对转子盘进行安全寿命评定时，必须考虑构件材料低循环疲劳寿命分散度的影 响，在有关强度计算资料中给出了构件的批准安全寿命的散度系数，见表1。
[0025] 表1试验件件数与安全寿命散度系数
[0026]
【主权项】
1. 一种发动机低循环寿命控制方法，其特征在于，方法包括w下步骤： 步骤1、对被测发动机寿命薄弱的部件进行低循环疲劳破坏实验，确定发动机的低循环 使用寿命，即获得发动机的标准低循环次数总数； 步骤2、根据被测发动机的型号，确定该发动机不同转速载荷状态的各转速区间低循环 谱； 步骤3、采用软件获得被测发动机各转速区间低循环谱的模拟疲劳寿命次数，并将步骤 1获得的发动机的标准低循环次数总数除W被测发动机各转速区间低循环谱的模拟疲劳寿 命次数，获得各转速区间低循环谱与标准低循环次数的换算系数； 步骤4、统计发动机每天实际飞行的各转速区间低循环谱的实际次数，将每天的各转速 区间低循环谱的实际次数与对应的换算系数相乘并求和，获得发动机每天的标准低循环次 数； 步骤5、将发动机各天的标准低循环次数进行累加，当累加次数达到被测发动机的标准 低循环次数总数时，则该发动机达到安全使用寿命，需要进行维修或更换。
2. 根据权利要求1所述的发动机低循环寿命控制方法，其特征在于，步骤1所述的破坏 实验，当对多个同样的发动机部件进行实验时，将获得的各发动机的标准低循环次数求平 均数，并除W寿命散度系数，获得最终的发动机的标准低循环次数总数，所述的部件个数为 1?3个。
【专利摘要】本发明一种发动机低循环寿命控制方法，属于航空发动机可靠性设计技术领域，是将发动机的工作转速区间按特殊方法进行分类，对发动机实际使用的转速，应用该分类方法得到几种典型的发动机低循环谱；再将低循环谱按计算方法换算到标准低循环次数，要求工作累计的标准低循环次数不超过设计指标；本发明能够有效地对发动机低循环疲劳寿命进行监控，对保障发动机在寿命期内安全可靠地工作具有重要意义，该控制方法在实际应用中具有广泛的适应性，能够在各型发动机上进行应用，实现良好的技术效益和经济效益。
【IPC分类】G01M15-00
【公开号】CN104535324
【申请号】CN201410624031
【发明人】张海江, 李伟, 朱哲, 佟永军, 王德柱
【申请人】沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月7日